一种实用的新型高压无线核相装置的设计

董国威，汪　雷，宋　毅，宋根华

(国网宣城供电公司， 安徽 宣城 242000)

在准周期信号中,相位是主要要素。信号处理和电子测量的主要内容是对相位及相位差进行测量。高压线路与低压线路之间需要进行相位差检测，如对三相电不平衡度进行测量主要是对三相线路电压相位差进行测量，而对避雷器阻性电流进行检测主要是对总电流和电压之间的相位差进行测量。当新建变电站和发电站投产及并网之前，以及扩建输变电工程，对主设备进行改造后，在工程竣工投运时需要进行核相试验，也就是业界通常所说的定相。定相主要是核对相位和相序，需要对并网两电网对应相的相位差进行测量[1]。我国在对高低压线路进行相位检测时通常采用有线检测方式，尤其是在高压线路相位检测中。但这种检测方式通常需要将两个装置在两根导线之前进行同时接触，而有线检测过程中会带有长长的拖线，使用不方便，在高压检测时也具有较大的危险性。高压无线核相装置在西方发达国家早就得到了开发与使用，为了对我国现有高压线路相位有线检测方式的弊端加以改善，减少高压线路相位检测的危险，本文设计一种实用的新型高压无线核相装置，对电力线路参数进行测量，为业界工作展开提供借鉴。

1　高压无线核相装置的总体结构

高压无线核相装置主要是由接受装置与发送装置组成，两个装置之间的连接关系主要是由电极来实现，用导线进行连接。电极不仅是接受装置与发送装置的发射天线，也是作为接收信号天线，在使用过程中通过绝缘操作杆将发送装置挂在导线上，而绝缘操作杆将接收装置顶在导线上[2]。当发送装置在工作状态向接收装置发射无线信号时，该信号具有相位特性，当接收装置和带电被测导线产生接触时，对发送装置所发射的无线信号进行接受，并将自身所测量的相位信号和所接受的相位信号之间进行比较，根据其相位差的不同，所产生的声光信号也不同，从而判断该声光信号是同相还是异相。

2　高压无线核相装置设计

2.1　发送装置

在高压无线核相装置设计中，发送装置的主要组成包括窗口比较器、发送模块、发送天线、信号采集处理电路、驱动模块、声光信号电路、计数器、频率可调方波发生器等。而发送天线也是信号采集处理电路的一部分。在相位测量时，按照电磁场理论，线路和电极之间耦合产生感应电动势。将有相位关系的频率作为工频，并产生电磁信号，在电极电感线圈上电磁信号会感应出相应的电动势，并根据谐振电路所具有的选频特点，取出有相位关系的电网电压信号，将其与相位为零并经窗口比较器整形后的基准方波信号加以比较，将比较所得的差值作为电网电压信号初相角[3]。将初相角发送到发送模块时，发送模块对接收的相位信号进行调制后，再将其发送给接收装置。

在发送模块设计中，采用DC-100 kHz的调制速度对幅移相控信号进行调制，工作频率控制在400～450 MHz。频率可调方波发生器产生基准的方波信号，根据电网频率将其频率范围确定为45～55 Hz之间。计数器在发射装置启动后自检计数，自检结束后，发送装置启动会将具有相位信息的调制信号发送给接收装置。驱动模块则主要是在驱动发光管和蜂鸣器中使用，也就是产业声光信号。在信号自检时，蜂鸣器会连续鸣叫，这时所有的发光管同时闪烁，而闪烁的次数则由计数器进行统一控制[4]。在自检结束之后蜂鸣器停止鸣叫，这时只有一只发光管灯亮，则说明高压线路有电流存在，发送装置处于工作状态中，正在对信号进行发送。

2.2　接收装置设计

接收装置的主要组成部分包括窗口比较器、接收模块、信号采集处理电路、接收天线、声光信号电路、频率可调方波发生器、驱动模块等[5]。接收天线也是一种信号采集处理电路，在对相位进行测量时，发射装置将含有初相角的相位信号进行调制发送给接收装置。将初相角和接受模块所接受的相位信号在窗口比较器进行相位比较，比较所得的差值就是两条线路测量相位差。但电网频率在运行过程中并不总是绝对标准的，基准频率也不是和电网基准频率相一致，因此所测量相位差存在一定的偏差，在所测量线路相位差之间小于10°时为同相，当线路相位差大于30°则为异相[6]。

接受模块解调速度通常为433.90 MHz，工作频率为450 MHz左右，接受信号灵敏度为-100 dBm，为确保使用效果达到最佳，接收天线长度通常为15 cm左右。在接收试验中，如高压线路电压为10 kV，接受天线长度为15 cm，接收装置和测试导线之间的距离为5 cm，在设定的距离范围内信号可以正常接收。而当高压线路为30 kV时，接受天线长度15 cm，接收装置和测试导线之间距离在1～20 cm范围内信号都可以正常接收，但接收装置和测试线路之间相接触的部分则不能正常接收信号。当接收天线长度减少为6 cm时，与测试线路相接处部分的信号则可以正常接收，因此实际接收天线长度通常取6 cm左右，使接收距离降低。

频率可调方波发生器产生基准的方波信号，根据电网频率将其频率范围确定为45～55 Hz之间[7]。驱动模块驱动发光管和蜂鸣器，在核相时如果为同相，则蜂鸣器会发生连续鸣叫，这时所有的发光管会同时闪烁。如果核相为异相，则蜂鸣器会停止鸣叫，这时只有一只发光管灯亮，说明相位为异相，线路有电流流过。

3　结束语

高压无线核相装置是一种新型相位检测方式，可以对10～35 kV的高压线路进行安全核相，且使用较为方便。在核相过程中接收装置与发送装置之间无需采用导线进行连接，相位信息通过无线方式进行传送，和有线检测方式相比较而言，这种核相方式更加简单、快捷，同时也减少了在对高压线路核相时存在的危险因素。发送装置和接收装置均使用碱性电池为信号的接收和发送提供电力支持。两个装置之间的距离一般根据用户的需求来进行明确，根据长期实践经验来看距离通常为10 cm以上。而工作状态的开启和关闭无需再另设开关装置。当测试装置和导线之间相接触后，统一采用电磁信号来对工作状态进行控制。发送模块和接收模块都采用微功耗设计理念，实现节能。与此同时，接收装置和发送装置也可以作为高压线路验电器。

在设计高压无线核相装置的过程中主要采用放电管加去耦电容等措施，使电磁场干扰问题以及无线数据通信问题得到有效解决；同时采用窗口比较器和谐振电路使无线检测相位采集问题得以解决。无线核相装置在业界值得进一步研究和推广，高压线路电力参数测量与检测采用无线检测方式来实现，对高压线路检测工作来说具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]柳睿,章晓亮,宋琳,柯德源,等.一种低压电缆核相装置的研发[J].电气应用,2014, (18):71-76.

[2]杨洋,张方红,杨忠,邱鹏.免接触高压无线验电核相器的设计[J].贵州电力技术,2012, (6):73-74.

[3]青志明,周丽娟,李洪权,等.安全核相仪的研究与开发[J].西南师范大学学报(自然科学版),2010, 35 (6) :142-146.

[4]张金波,王俊,范梅荣,等.实用高压电力线路无线核相仪的设计[J].电力自动化设备, 2005, 25(10):65-67.

[5]张金波,王宏华,李开霞,等.高压电力线路相位无线检测方法的研究与实现[J].仪器仪表学报, 2006, 27(11):1505-1508.

[6]姚庭镜,曲鸿春,蒋冬,等.基于无线同步的智能二次核相仪设计[J].广东科技,2015, 24 (18):31-33.